并发编程第3篇，volatile原理分析（一）

volatile原理分析

什么是 Volatile

能够保证线程可见性，当一个线程修改共享变量时，能够保证对另外一个线程可见性，

但是注意他不能够保证共享变量的原子性问题。

Volatile的特性

可见性

能够保证线程可见性，当一个线程修改共享变量时，能够保证对另外一个线程可见性，

但是注意他不能够保证共享变量的原子性问题。

顺序性

程序执行程序按照代码的先后顺序执行。

原子性

即一个操作或者多个操作要么全部执行并且执行的过程，要么失败。

Volatile可见性

public class Mayikt extends Thread {
    /**
     * lock 锁汇编的指令强制修改值，立马刷新主内存中另外线程立马可见刷新主内存数据
     */
    private static volatile boolean FLAG = true;

    @Override
    public void run() {
        while (FLAG) {

        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Mayikt().start();
        Thread.sleep(1000);
        FLAG = false;
    }
}

CPU多核硬件架构剖析

CPU每次从主内存读取数据比较慢，而现代的CPU通常涉及多级缓存，CPU读主内存

按照空间局部性原则加载局部快到缓存中。

并发编程第3篇，volatile原理分析（一）

为什么会产生可见性的原因

因为我们CPU读取主内存共享变量的数据时候，效率是非常低，所以对每个CPU设置

对应的高速缓存 L1、L2、L3 缓存我们共享变量主内存中的副本。

相当于每个CPU对应共享变量的副本，副本与副本之间可能会存在一个数据不一致性的问题。

比如线程线程B修改的某个副本值，线程A的副本可能不可见。导致可见性问题。

CPU的摩尔定律

https://baike.baidu.com/item/%E6%91%A9%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B/350634?fr=aladdin

基本每隔18个月，可能CPU的性能会提高一倍。

JMM内存模型

Java内存模型定义的是一种抽象的概念，定义屏蔽java程序对不同的操作系统的内存访问差异。

主内存：

存放我们共享变量的数据

工作内存：

每个CPU对共享变量（主内存）的副本。堆+方法区

JMM八大同步规范

并发编程第3篇，volatile原理分析（一）

（1）lock(锁定)：作用于主内存的变量，把一个变量标记为一条线程独占状态

（2）unlock(解锁)：作用于主内存的变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定

（3）read(读取)：作用于主内存的变量，把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用

（4）load(载入)：作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中

（5）use(使用)：作用于工作内存的变量，把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎

（6）assign(赋值)：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量

（7）store(存储)：作用于工作内存的变量，把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write的操作

（8）write(写入)：作用于工作内存的变量，它把store操作从工作内存中的一个变量的值传送到主内存的变量中

Volatile汇编lock指令

将当前处理器缓存行数据立刻写入主内存中。
写的操作会触发总线嗅探机制，同步更新主内存的值。

Java汇编指令查看

E:\java8\jdk\jre\bin\server 放入 hsdis-amd64.dll

首先需要将jar包

-server -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=compileonly,*Mayikt.*

0x0000000002ae6277: lock addl $0x0,(%rsp) ;*putstatic FLAG

; - com.mayikt.Mayikt::[email protected] (line 24)

Volatile的底层实现原理

通过汇编lock前缀指令触发底层锁的机制

锁的机制两种：总线锁/MESI缓存一致性协议

主要帮助我们解决多个不同cpu之间三级缓存之间数据同步

总线锁

当一个cpu（线程）访问到我们主内存中的数据时候，往总线总发出一个Lock锁的信号，其他的线程不能够对该主内存做任何操作，变为阻塞状态。该模式，存在非常大的缺陷，就是将并行的程序，变为串行，没有真正发挥出cpu多核的好处。

MESI协议

1.M 修改 (Modified) 这行数据有效，数据被修改了，和主内存中的数据不一致，数据只存在于本Cache中。

2.E 独享、互斥 (Exclusive) 这行数据有效，数据和主内存中的数据一致，数据只存在于本Cache中。

3.S 共享 (Shared) 这行数据有效，数据和主内存中的数据一致，数据存在于很多Cache中。

4.I 无效 (Invalid) 这行数据无效。

E：独享：当只有一个cpu线程的情况下，cpu副本数据与主内存数据如果

保持一致的情况下，则该cpu状态为E状态独享。

S：共享：在多个cpu线程的情况了下，每个cpu副本之间数据如果保持一致

的情况下，则当前cpu状态为S

M:如果当前cpu副本数据如果与主内存中的数据不一致的情况下，则当前cpu状态

为M

I: 总线嗅探机制发现状态为m的情况下，则会将该cpu改为i状态无效

该cpu缓存主动获取主内存的数据同步更新。

总线：维护解决cpu高速缓存副本数据之间一致性问题。

如果状态是M的情况下，则使用嗅探机制通知其他的CPU工作内存副本状态为I无效状态，则刷新主内存数据到本地中，从而多核cpu数据的一致性。

每一行代码都有它的涵义，多问一句为什么；别怕，理清思路，一切代码都是数据的流动和转化，耐心一点，慢慢积累！一起加油！！！